«Курица завтрашнего дня»

В настоящее время мировая популяция кур стабильно превосходит человеческое население как минимум в три раза. Курица – самая распространенная птица на планете; около 60 миллиардов этих пернатых разводят и забивают ежегодно для того, чтобы мы с вами могли удовлетворять голод. Куры стали одним из важнейших сельскохозяйственных животных современности. Но так было не всегда. На самом деле мировое господство эта птица завоевала лишь недавно, зато очень быстро. А началось все с американской кампании 1945 года по поиску курицы будущего.

Идея этого соревнования заключалась в том, чтобы обратить внимание птицеводов, занимающихся разведением кур, на производство мяса, а не только яиц, конкретно была поставлена задача найти самую упитанную несушку в Соединенных Штатах Америки. Спонсор кампании, сеть магазинов A &P Foodstores, лидер в розничной торговле птицей, снял в 1948 году рекламный ролик под оригинальным названием «Курица завтрашнего дня».

В начале ролика под жалобную мелодию гобоя крупным планом показан ящик с пушистыми цыплятами. Постепенно музыка затихает, и в кадре появляются две женщины в белых рубашках; они осторожно берут в руки милых, крошечных пищащих цыплят и пересаживают их из одного ящика в другой. «Знаете ли вы, что птица – третья по объему производства сельскохозяйственная культура, приносящая стране три миллиарда долларов?» – вопрошает из-за кадра типично американский рекламный голос. Насыщенный информацией текст зачитывал не кто иной, как режиссер и ведущий Лоуэлл Томас – голос кинохроник 20th Century Fox до 1952 года.

Затем мы видим других женщин, на этот раз они перекладывают яйца в лотки. «Селекционеры добились отличных результатов по увеличению яйценоскости средней курицы. Сегодня курица откладывает в среднем около 154 яиц в год. Но некоторые особи производят более 300 яиц ежегодно». Неплохое достижение, но есть куда стремиться. «Однако в связи с тем, что основной упор делается на производстве яиц, куриное мясо до сих пор остается побочным продуктом птицеводства», – продолжает закадровый голос. Перед зрителем появляются двое мужчин в белых халатах, осматривающих тощие цыплячьи тушки и вешающих их обратно на крюки вверх тормашками. Птицеводство пережило расцвет в период войны, сообщает диктор, таким образом заполнив нишу на рынке, вызванную дефицитом и введением ограничений на продажу красного мяса. Производители птицы были обеспокоены поддержанием спроса после окончания войны, поэтому сеть A &P Foodstores – изначально известная как «Большая Атлантическая и Тихоокеанская чайная компания» (The Great Atlantic and Pacific Tea Company) – решила заполнить образовавшуюся на рынке пустоту и организовала национальный конкурс. Требования спонсоров были весьма четкими: «Здоровая курица с более полными ножками, крупными бедрами и толстым слоем белого мяса». Была даже создана восковая модель желаемой победительницы. С учетом выдвинутых требований идеальная курица была более похожа на индюшку.

В продолжение ролика демонстрируется сам всенародный конкурс, хотя воспринимать происходящее на экране серьезно удается с большим трудом, во многом из-за музыкального аккомпанемента – марша «Колокол свободы», который позднее был позаимствован Монти Пайтоном. Наступает черед эмбриологии кур; мы видим, как эмбрионы цыплят развиваются внутри яиц, при этом на каждой стадии фрагмент скорлупы яйца удален, чтобы камера могла наблюдать за процессом.

И снова к лоткам, полным целых яиц; голос за кадром поясняет, что все финалисты национального конкурса прошли через стадии инкубации, вылупились и выращивались в одних и тех же условиях. На экране пятеро мужчин в костюмах, специалисты по птицеводству, исследуют цыплят, по-видимому, они довольны результатом. Затем перед зрителем появляется стройная брюнетка в красивой белой блузке с жемчужным ожерельем на шее. У нее на губах яркая помада. В руках у девушки два цыпленка, которых она прижимает к щеке и улыбается. «Милые цыпочки? Еще бы!» – бодро комментирует диктор. Шуточка удалась. С облегчением мы возвращаемся к людям в костюмах, которым предстоит «непосильная задача» – надеть крылометки бесчисленным цыплятам.

Перед зрителем проносятся все двенадцать недель жизни цыплят, которые за это время превращаются в крупных, красивых птиц, коричневых, пестрых, серых или снежно-белых. Их рассаживают по ящикам для перевозки, затем помещают в клетки… и вдруг вместо живых птиц перед нами лишь подвешенные на крюках тушки, готовые к оценке. «По двенадцать птиц из каждой экспериментальной группы были отобраны для показа, – поясняет закадровый голос. – Остальные отправились на убой». Снова на экране женщины, они надевают цыплячьи тушки на некое подобие вешалок. Присутствует здесь и один мужчина – он осматривает тушки. И вот финальное зрелище: несколько образцовых петушков в клетках и украшенные мишурой коробки с цыплячьими тушками. Но за пределами павильона происходит нечто потрясающее: покрытая белым мехом колесница, с американскими флагами по бокам, а в ней восседает женщина в белом платье, с короной на голове. Это Нэнси Макги, представленная как «дополнительный элемент развлекательной программы», сегодня она – Королева «Курицы завтрашнего дня от Del Marva».

Но Нэнси лишь ненадолго отвлекает внимание публики от настоящих чемпионов. Это небольшое поголовье, выведенное Чарлзом и Кеннетом Вэнтрессами, которые скрестили петухов породы красный корниш с курами породы нью-гэмпшир. Сочетание оказалось выигрышным, и братья Вэнтресс стали первыми как по весу птицы, так и эффективности превращения корма в живой вес (и последующего его превращения в большую прибыль). И это еще только начало. Цель ролика – не просто представить результаты, а объявить о новом национальном состязании, которое пройдет в 1951 году. И вновь появляются мужчины в костюмах, радующиеся прекрасной новости. Завершает представление закадровый голос, утверждающий, что «даже сегодня домохозяек радуют улучшенные цыплята мясного типа», – и вот перед зрителем в ряд предстают домохозяйки, которые прямо руками едят жирные жареные куриные ножки и довольно улыбаются.

Ролик этот, конечно, был снят в совершенно иные времена. В том мире серьезную работу выполняли исключительно мужчины, а женщины либо прижимали к щекам пушистых цыпляток и играли роль украшения, либо занимались скучной, рутинной работой. Сами цыплята тогда были тощими, а производители тем временем мечтали о птице, которую мы едим сегодня: быстро растущих, упитанных цыплятах-гигантах с белоснежным мясом. Единственное, что не изменилось с тех пор, – это подход. С самого начала разведение цыплят-бройлеров было настоящим бизнесом – не случайно в рекламном ролике птицу называли «сельскохозяйственной культурой». Гены цыплят, победивших в конкурсе 1948 года, сегодня присутствуют практически у всех выращиваемых на мясо кур.

Победителей конкурса, петухов породы красный корниш, скрестили с белыми курами породы леггорн, которые стали первыми в категории породистой домашней птицы. Появившаяся в результате порода Арбор Айкрес приобрела невероятный успех. Создатель породы, крошечное хозяйство, производившее в основном фрукты и овощи и предлагающее птицу как дополнительный товар, стало основным поставщиком у продавцов цыплят-бройлеров в США. В 1964 году ферму купил Нельсон Рокфеллер, который вывел производство бройлеров на мировой уровень. Половина поголовья кур в Китае происходит от птиц Арбор Айкрес, это потомки кур-победителей. Это кажется странным, и трудно поверить, как быстро и значительно разведение изменило кур.

Превращение производства курятины в гигантскую глобальную индустрию стало возможным не только благодаря селекции в невиданных прежде масштабах, но и крайне строгим правилам разведения птицы. Сегодня разведение и выращивание кур на фермах – два полностью отделенные друг от друга процесса. Это достигается благодаря тому, что яйца высиживает не курица, а их помещают в инкубатор. Таким образом, птицеводы выращивают кур, причем часто в огромных количествах, но они не имеют никакого отношения к их селекционному разведению. Этим занимаются селекционеры, и в настоящий момент во главе этого рынка стоят всего две крупные транснациональные компании: Aviagen и Cobb-Vantress.

Эти два гиганта держат под строжайшим контролем свои поголовья породистых племенных птиц. Из третьего поколения потомков этих защищенных породистых кур создается «родительское поголовье», птицы из которого продаются производителям бройлеров, где и происходит скрещивание особей из разных линий. Полученные таким образом цыплята отправляются на фермы по выращиванию, и даже органическое мясо птицы свободного содержания на самом деле получают от таких промышленных селекционеров, хотя существуют и небольшие компании-селекционеры, специализирующиеся на медленном выращивании цыплят для традиционного рынка и рынка органической продукции. В отличие от этой птицы жизнь большинства обычных цыплят коротка – их забивают уже на шестой неделе от роду. Получается, что курица, которую мы едим, – это не более чем перекормленные цыплята-переростки. Хрящевая ткань на концах их костей даже еще не начала замещаться костной тканью. Как ни удивительно, у одной курицы-прабабушки из породистого поголовья может быть около трех миллионов потомков-бройлеров, ни один из которых не доживает до зрелого возраста.

Помимо строгого контроля фенотипа породистых цыплят – отслеживание их траекторий роста, вес, потребление корма, – селекционеры птицы теперь используют методы геномики для усовершенствования технологий селекции. Помимо этого, достижения генетики позволяют не просто определять генотип кур и выявлять наиболее успешные генетические варианты, но и подвергать птиц генетическим модификациям. Пока на коммерческом уровне это не практикуется – только пока. Тем не менее подобные технологии изучаются в исследовательских институтах. Уже сегодня существуют инструменты редактирования ДНК кур и других сельскохозяйственных животных и птиц, позволяющие удалять нежелательные фрагменты ДНК и заменять их на гены, кодирующие полезные признаки. Добиться успешного функционирования данной технологии оказалось очень непросто. Теперь начинается новый этап гонки – поиск способов применения этого метода для улучшения характеристик поголовья. Всего в семи минутах езды от красивейшей Рослинской капеллы в Шотландии, возведенной в XV столетии и увековеченной в «Коде да Винчи» Дэна Брауна, расположен Рослинский институт, и именно там идет работа по изучению нового типа родословной, нового кода. В округ Мидлотиан я и отправилась, чтобы встретиться с теми, кто пытается взломать этот новый код.

 

Исследователи из Рослина

Рослинский институт представляет собой череду очень современных зданий, некоторые из них сконструированы для содержания цыплят, чтобы добиться максимального результата, а другие – для размещения ученых, чтобы получить от них наибольшую отдачу. Все исследования здесь направлены на улучшение качеств кур, и для этого используется не только метод селективного разведения. В течение последнего тысячелетия селекция уже помогла чудесным образом преобразить кур, особенно удивительны ее достижения последних примерно шестидесяти лет. Но теперь у человека есть возможность работать непосредственно с генетическим кодом организма, по сравнению с этим новым подходом селекция выглядит безнадежно устаревшей. Процесс одомашнивания идет до сих пор, и сейчас он движется именно в этом новом направлении.

Новые методы генной модификации сулят человечеству золотые горы. С их помощью сельское хозяйство будущего могло бы стать значительно более эффективным, устойчивым и равноправным. Но нас все еще сдерживает страх. Одно дело селекция, но прямое вмешательство в геном – использование ферментов для модификации ДНК – кажется слишком большим шагом вперед, все равно что перейти Рубикон – назад не вернешься.

Я сама инстинктивно чувствую в этом что-то неправильное. Научная фантастика научила меня – даже меня! – опасаться генетически измененных организмов. Писатель и журналист Уилл Селф мастерски описывал их неприятную, тревожащую непохожесть на обычных существ. В романе «Книга Дэйва» (Book of Dave) у него появляются генно-модифицированные свиноподобные существа «мото», которые представляют собой одновременно питомцев и домашний скот. Они разумны и умеют говорить, хоть и на ломаном языке, и тем не менее их забивают и едят. Эти мото ставят под вопрос наше с вами представление о животных, разводимых для употребления в пищу. Получается, наше вкусовое наслаждение гораздо важнее их жизни. У меня эта идея вызвала слишком сильное неприятие – в течение восемнадцати лет я была полной вегетарианкой. Сейчас я понемногу ем рыбу, подавляя чувство вины, но остальные виды животной плоти для меня все еще неприемлемы.

Мысленно мы проводим границу между собой и другими животными – как же иначе их есть? Вам ведь никогда не приходила в голову идея съесть другого человека (я надеюсь). При этом большинство людей не имеют ничего против разведения домашнего скота, который забивают и мясо употребляют в пищу. А что насчет изменения этих существ? Кажется, этот аспект также не вызывает возражений, если используется метод селекции. Если говорить о растениях, то нас даже не смущает применение радиации или мутагенных химических веществ для искусственного получения мутаций, которые потом используются в селекции для выведения новых сортов сельскохозяйственных культур. И если описанные манипуляции кажутся вам необычными или опасными, то знайте, что они практикуются с 1930-х годов. С тех пор получено и введено в культуру более 3200 типов растений, созданных с помощью индуцированного мутагенеза. Более того, некоторые из них сегодня культивируются и продаются под знаком органической продукции. Так, большая часть арахиса в Аргентине была выведена на основе растений, мутировавших под воздействием радиации. То же самое верно по отношению к большей части риса, выращиваемого в Австралии. Рис-мутант культивируют и в Китае, Индии и Пакистане. Мутантные ячмень и овес широко распространены в Европе. В Великобритании в производстве пива и виски используется ячмень сорта Golden Promise, мутант, созданный в результате воздействия гамма-лучей. Для человека радиация, сформировавшая особенности этих разновидностей растений, не несет никакой опасности: она уже выполнила свою функцию, изменив ДНК их предков и придав им новые полезные признаки.

Такие растения, несомненно, являются генно-модифицированными. Так почему же изменение генов с помощью такого незатейливого инструмента, как гамма-излучение, считается приемлемым, в то время как применение ферментов (значительно более точное и контролируемое) с той же целью предстает как опасная процедура? Международное агентство по атомной энергии настаивает на том, чтобы разделить понятия «радиационной селекции» и биологической, генетической модификации. Первый метод представлен как ускоренный вариант спонтанной мутации, которая происходит в организме и является основой изменчивости, жизненной силой самой эволюции. Но, раз уж мы используем радиацию для модификации ДНК растений и называем это «радиационной селекцией», тем более логичным мне кажется называть биологический вариант этого процесса – более точное и направленное воздействие на организм – «ферментативной селекцией».

Именно поэтому мне так хотелось попасть в Рослинский институт и побеседовать с исследователями, узнав их мнение относительно генной инженерии, а также поговорить о новейших методах, применяемых в данной области. Ведь они пионеры, они работают на научном фронте. Они лучше, чем кто бы то ни было, разбираются в науке, равно как и в путанице, возникающей из-за особенностей человеческого восприятия, предубеждений и здравых опасений. Кроме того, эти ученые знают все о генах курицы – первого домашнего животного, геном которого был полностью расшифрован, произошло это в 2004 году. Адам Балик рассказал мне о генетических технологиях и возможности их применения, Хелен Сэнг поведала о научной отрасли в целом и о кипящих вокруг нее страстях, а Майк Макгру представил удивительные инновации, а также поделился своим видением того, как эта технология работает на пользу мира.

Меня встретил Адам и проводил в свой залитый светом кабинет на втором этаже здания с фасадом из стали, стекла и меди, в котором базируются рослинские ученые. Стены помещения украшали плакаты, изображающие стадии эмбрионального развития цыпленка. Мы сели за стол, и Адам показал мне серию изображений на мониторах, занимавших большую часть его рабочего места. Я увидела острова ярко-зеленого цвета на темном фоне. Это были фотографии, сделанные при помощи микроскопа и изображающие развивающийся куриный эмбрион. Мы рассматривали фотографию его шеи, и зеленые области соответствовали определенному типу ткани – лимфоидной ткани, той самой, из которой состоят и наши с вами лимфоузлы. На самом деле обычно эта ткань не светится зеленым, но Адам модифицировал эмбрион, вставив в геном цыпленка репортерный ген, кодирующий флуоресцентный белок, вызывающий зеленое свечение в местах развития лимфоидной ткани.

Данное изменение в ДНК эмбриона Адам внес традиционным методом: эта технология применяется для модификации генов кур уже по крайней мере лет двенадцать. Фактически всю работу выполнили вирусы. Многие вирусы действуют за счет внедрения своей ДНК в геном организма носителя, и данным механизмом можно воспользоваться, чтобы ввести в клетку другого организма необходимый ген. Такие вирусные векторы изначально были разработаны для использования в генной терапии человека, но они отлично действуют и для кур. Несмотря на то что в основном направить вирус именно к определенному месту в геноме невозможно, сами вирусы достаточно точно определяют участки для внедрения генов там, где этот ген будет читаться клеткой, или экспрессироваться.

Адам использовал этот проверенный на практике метод, чтобы заставить лимфоидные клетки куриных эмбрионов светиться. Сначала он определил белок, который обычно продуцируется этими клетками и который отсутствует в других типах клеток, а затем нашел «переключатель», то есть регуляторную последовательность, расположенную непосредственно перед геном, кодирующим данный белок. После этого Адам сконструировал новый фрагмент ДНК, состоящий из найденного «переключателя» и заранее выделенного у медузы гена, кодирующего зеленый флуоресцентный белок. Используя вирусный вектор, Адам мог поместить созданную им структуру – переключатель и ген медузы – в куриный эмбрион. Тогда во всех клетках лимфоидной ткани при «включении» гена, кодирующего нормальный белок, также активировался ген, кодирующий флуоресцентный белок. Генетически модифицированный эмбрион окрашивался соответствующим образом, давая исследователям возможность видеть точное расположение лимфоидной ткани в ультрафиолетовом свете под микроскопом.

«Это не просто картинки. Благодаря этим фотографиям мы можем вести определенные подсчеты», – объяснил Адам. Снимки указывают точное месторасположение в эмбрионе развивающейся лимфоидной ткани, связанной с иммунной системой. Адам исследовал развитие иммунной системы цыпленка, и эти невероятные кадры служили ключом к пониманию того, как формируются клетки и ткани данной системы организма. Так ученые могут видеть, как создаются защитные механизмы птичьего организма: это все равно что отмечать на старинной карте укрепления, пытаясь понять, каков будет ход битвы. Иммунная система птиц совершенно не похожа на иммунную систему млекопитающих – настолько, что ученые задаются вопросом: как птицы смогли выжить, не имея тех средств защиты, что развились у млекопитающих?

«Практически все, что нам удалось узнать о млекопитающих, говорит о том, что птицы просто не должны существовать, – признался Адам, – но они живут в той же самой среде и справляются с теми же самыми патогенами своими способами». Зачастую путь науки заключается именно в том, чтобы отмечать подобные различия и пытаться понять их причину. Лимфатические узлы играют важнейшую роль в организме млекопитающих, в том числе человека. У птиц есть скопления лимфоидной ткани, но по степени дифференциации они далеки от лимфатических узлов, и тем не менее пернатые прекрасно живут без них. Любопытная загадка. Лимфатические узлы имеют довольно сложное строение. Почему же они развились у млекопитающих и отсутствуют у птиц? Если нам удастся понять, как птицы противостоят инфекциям с помощью своей необычной иммунной системы, то мы будем больше знать и о работе защитных механизмов организма человека.

Помимо прочего, генетическая модификация позволила ученым проследить процесс развития эмбриона с беспрецедентной точностью, и, без всякого сомнения, это важный инструмент в рамках подобных фундаментальных исследований. Но что насчет применения данной технологии за пределами лаборатории, по отношению к курам, выращиваемым на мясо? Исследователи из Рослинского института изучили проблему и под этим углом, предложив использовать сочетание «причуд» эмбрионального развития с удивительно точной новой технологией редактирования генов.

Для распространения определенного варианта гена в поголовье кур необходимо поместить этот ген в клетки, из которых потом образуются гаметы (гаметы – это яйцеклетки и сперматозоиды). Такие клетки, расположенные в половых железах кур (и людей), называются первичными половыми клетками. По сути, речь идет о бессмертных клетках, которые постоянно делятся, и часть их «потомков» превращается в яйцеклетки или сперматозоиды, в зависимости от пола животного, а часть остаются первичными половыми клетками, готовыми продолжать деление, производя все новые яйцеклетки и сперматозоиды и заменяя родительские клетки. Обычный способ, благодаря которому необходимый ген оказывается в первичных половых клетках, – это селективное разведение, косвенный путь, успех которого зависит от чистой случайности. Определяют кур, обладающих необходимым признаком, скрещивают их, и ученым остается лишь надеяться, что ген, отвечающий за интересующий их признак, находится в гаметах и передастся некоторым особям нового поколения. Распространение признака во всем поголовье требует нескольких поколений. Но представьте, что этот процесс можно было бы ускорить, снабдив все яйцеклетки курицы или все сперматозоиды петуха нужным геном, – тогда можно быть уверенным, что после скрещивания у всех потомков будет иметься этот ген и проявится желаемый признак. Именно это и позволяет сделать новая технология редактирования генов. И, по счастливой случайности, изъять первичные половые клетки из куриного эмбриона для их последующего изменения достаточно просто.

Куры вызывают у эмбриологов глубокий интерес еще со времен Аристотеля, который три недели наблюдал за развитием цыплят в яйце. Можно удалить часть скорлупы, чтобы следить за процессом роста эмбриона – и даже взаимодействовать с ним, – не причиняя ему вреда. Цыпленок развивается с одной стороны яйца – с его строением, полагаю, все мы знакомы. До того как яйцо покрывается белком, а затем скорлупой, оно представляет собой желтый сгусток, в котором большую часть пространства занимает крупный желток.

Куриное яйцо после овуляции достигает 2,5 см в диаметре, а человеческая яйцеклетка – всего 0,14 мм. На самом деле, по сравнению с другими клетками нашего организма, это очень крупная клетка. В ней содержится достаточное количество цитоплазмы – внутренней среды клетки, – чтобы обеспечить развитие эмбриона после оплодотворения. Оплодотворенная человеческая яйцеклетка делится, превращаясь в шар из клеток, при этом ее размер не меняется. А вот неоплодотворенное куриное яйцо огромного размера. Его диаметр примерно соответствует диаметру желтка в яйце, которое мы едим, и большая часть неоплодотворенного яйца из него и состоит. Это одна крупная клетка, напичканная питательными веществами желтка для обеспечения развития эмбриона, и совсем-совсем крошечное количество цитоплазмы на одном конце – все это можно разглядеть за завтраком, если захотите. В цитоплазме находится ядро с хромосомами – генетическим материалом, который новый организм получит от матери. Отцовский генетический материал в яйцеклетку доставляет сперматозоид. И вот тогда-то и начинается самое интересное. Если оплодотворенные яйцеклетки млекопитающих делятся медленно – первое клеточное деление (на две клетки) происходит примерно через двадцать четыре часа после оплодотворения, то оплодотворенное куриное яйцо так долго не ждет. К моменту, когда курица откладывает яйца, то есть примерно через двадцать четыре часа после оплодотворения, в яйце уже сформировался зародышевый диск (бластодиск), из почти 20 000 клеток. Если сразу же вскрыть скорлупу яйца, легко заметить этот белый диск на поверхности желтка. Если отложенное оплодотворенное яйцо содержится в тепле, зародышевый диск – те самые 20 000 клеток – продолжает расти, делиться и формировать куриный эмбрион.

Всего через четыре дня после откладывания яйца зародышевый диск уже «свернулся» в трубку, формируя тело будущего цыпленка. В нем отчетливо виден развивающийся глаз, и сердце эмбриона уже бьется. (Для сравнения, человеческий эмбрион достигает сходной стадии развития лишь через полные четыре недели с момента зачатия.) К этому времени вокруг эмбриона цыпленка также сформировалась сеть кровеносных сосудов, оплетающая наружную поверхность желтка. Если посмотреть на четырехдневное оплодотворенное яйцо, которое высиживает курица, на свет, эти сосуды прекрасно видны, они расходятся как тонкая красная паутинка из центрального красного сгустка – это и есть зародыш. Если проделать в скорлупе крошечное отверстие и вставить тонкую иглу в один из кровеносных сосудов эмбриона, то можно взять минимальный образец крови. В нем содержатся первые кровяные клетки, а также некоторые стволовые клетки, имеющие ключевое значение. Это и есть те самые первичные половые клетки, которые в конце концов окажутся в половой железе развивающегося цыпленка и будут готовы производить яйцеклетки или сперматозоиды, в зависимости от пола особи.

Майк Макгру берет анализы крови у эмбрионов на еще более ранней стадии развития, когда тем всего два с половиной дня от роду. На этом этапе развития в крошечном образце крови содержится сто первичных половых клеток. Далее он проделывает следующую операцию: в течение нескольких месяцев выращивает культуру этих клеток вне эмбриона. Это дает исследователю возможность редактировать гены, используя новый метод для точной модификации, вырезая участки ДНК и вставляя на их место новые.

После внесения всех необходимых изменений первичные половые клетки снова вводятся в куриный эмбрион, который также подвергся генетическим манипуляциям и не производит собственные половые клетки. Как ни странно, далее процесс развития протекает нормально: генетически модифицированные первичные половые клетки перемещаются в яичники или семенники развивающегося цыпленка. Когда он вылупляется и вырастает в курочку или петушка, то его организм производит яйцеклетки или сперматозоиды с измененной ДНК.

Инструмент, позволяющий генетикам вносить точные изменения в геном, носит название CRISPR – это новейший механизм в неонеолитическом наборе инструментов, доступном специалистам в области генной инженерии. Значительно усовершенствованная методика по сравнению с традиционной технологией вирусных векторов, хотя и этот новый инструмент тоже позаимствован у природы и был открыт в результате многолетних обширных исследований способов ведения непрекращающейся войны между вирусами и бактериями.

Некоторые бактерии научились весьма хитроумно отражать вирусные атаки, сформировав систему, обеспечивающую их иммунитет к вирусам. Когда такие бактерии подвергаются нападению вирусов, они копируют участок генетического кода вируса в свой собственный геном. Подобное поведение кажется неразумным – так содействовать вирусу, – но это вовсе не так. Таким образом бактерии «запоминают» патоген и успешно отражают его нападение в будущем. Участок ДНК вируса в геноме бактерии окружается странными повторяющимися участками собственной ДНК бактерии, служащими своего рода закладками для бактерии. Эти закладки известны как CRISPR, от английской аббревиатуры, которая обозначает «группы коротких палиндромных повторов, разделенных регулярными промежутками» (Clustered Regularly interspaced Short Palindromic Repeats). При заражении бактерии вирусом ее клетка ищет нужную закладку и прочитывает короткий участок вирусной ДНК, а именно копирует ее последовательность в несколько иной молекуле, РНК (название расшифровывается как рибонуклеиновая кислота, а ДНК – как дезоксирибонуклеиновая кислота). Эта копия, направляющая РНК (гид-РНК), связывается с ферментом бактериальной клетки, разрезающим ДНК, как молекулярные ножницы. Гид-РНК «наводится на цель», связывается с ДНК атакующего патогена, и тогда фермент разрезает ее, нейтрализуя вирус. Таким образом, если вам необходимо сделать разрез в ДНК в строго определенном месте, будет достаточно обозначить цель, создав соответствующую направляющую РНК, а затем связать ее с ферментом-«ножницами», чтобы сделать разрез в ДНК в нужном месте. При этом разрезов можно сделать столько, сколько вы захотите, и на любом участке ДНК.

Возможностей применения этого инновационного инструмента – бесчисленное множество. С помощью новой технологии редактирования генов можно вырезать отдельные гены с гораздо большей точностью, чем раньше, для создания модифицированного эмбриона. По мере развития эмбриона станет понятна функция удаленного гена, поскольку ученые своими глазами увидят, что происходит в его отсутствие. Лучшее представление о развитии эмбриона позволит нам в будущем лучше справляться с болезнями, причем не только у птиц, но и у позвоночных в целом, включая людей. Помимо этого, технология CRISPR имеет потенциальное терапевтическое применение – для удаления поврежденных участков ДНК из живых организмов. Она уже была протестирована в лаборатории для удаления вызывающих рак участков вирусных ДНК из человеческих клеток. На самом деле эта технология настолько точна, что позволяет извлечь одну пару оснований – практически только одну нуклеотидную «буковку» хромосомы – из генома. Но метод CRISPR полезен не только для полного удаления участков ДНК, они также могут быть вырезаны и вставлены в другое место. Клеткам никогда не нравится вмешательство в их ДНК. В результате активируются молекулярные процессы, направленные на устранение повреждений. Обычно для восстановления поврежденного участка ДНК клетка «смотрит» на другую хромосому из пары. Однако клетке можно предложить для копирования сконструированный фрагмент ДНК. Такой вариант использования CRISPR тоже был опробован в лабораториях: дрожжи перепрограммировали на производство биотоплива; были модифицированы некоторые сорта культурных растений; созданы разновидности комаров, устойчивые к малярии. Американская ассоциация содействия развитию науки назвала этот новый инструмент редактирования генов научным прорывом 2015 года. Данная область науки быстро развивается, возможности применения технологии необычайно велики, но возникает слишком много этических вопросов. Более сорока лет Хелен Сэнг изучает развитие позвоночных и применяет методы модификации генома. Она по-прежнему занимается вопросами эмбрионального развития, но часть ее научной деятельности была посвящена изучению модификации кур с помощью генной инженерии для производства полезных белков, которые у них обычно отсутствуют. Хелен проводила эксперименты с куриными яйцами и человеческим интерфероном – белком, который синтезируется в организме человека, но также используется в качестве лекарства для борьбы с вирусными инфекциями. В белке куриного яйца содержится белок овальбумин. Если выделить регуляторную последовательность-«переключатель» для овальбумина и соединить ее с геном интерферона человека, а потом поместить полученную структуру в организм курицы, то он будет вырабатывать как овальбумин, так и интерферон. Таким образом, можно использовать генетическую модификацию кур, чтобы упростить изучение процесса развития, – как поступал Адам с зеленым флуоресцентным белком в лимфоидных клетках, а также можно заставить организм курицы производить полезные для человека белки, которые будут содержаться в яйцах, например интерферон.

Тем не менее в последнее время предметом исследований Хелен в Рослинском институте стали способы изменения птицы, которую мы употребляем в пищу. Ей хотелось заниматься чем-то, имеющим непосредственную пользу в повседневной жизни, например развитием у кур устойчивости к заболеваниям. Хелен вдохновила возможность применения технологии CRISPR для быстрого достижения конкретных результатов. Она рассказала мне о том, как мог бы работать этот инструмент. Для начала необходимо проверить сопротивляемость птиц различным заболеваниям – например, птичьему гриппу – и определить гены, кодирующие данную особенность. Нуклеотидная последовательность этого гена может отличаться от последовательности такого же гена у другой особи лишь несколькими нуклеотидами, но даже такие минимальные различия играют огромную роль. Идентифицировав нужный ген, можно с помощью технологии CRISPR вырезать соответствующий участок генома у другой птицы и заменить его на ген, отвечающий за проявление полезного признака. Таким образом, происходит распространение определенного генетического варианта, уже существующего у кур, на все поголовье, без необходимости прибегать к трудоемкому процессу селекции. Но есть, конечно, и другая возможность: помимо введения варианта гена, выделенного у другой особи того же вида, этот метод может применяться для заимствования генов у другого вида. «Мы можем перемещать генетическую информацию туда, куда пожелаем», – объяснила Хелен, которую также восхищает потенциал нового генетического инструмента. «Мне кажется, именно эта возможность вызывает наибольшие опасения, именно идея перемещения генетической информации за границы вида», – поделилась я. «Но ведь в любом случае речь идет о ДНК, – ответила Хелен, – и нам известно, что она перемещается; так, у человека есть кое-что от других видов». Это действительно так, в частности, в нашей ДНК присутствуют фрагменты генома вирусов, которые так любят оставлять свои генетические следы в чужих геномах.

Что интересно, помимо простого переноса встречающихся в природе генов от одного вида к другому, сегодня специалисты могут конструировать совершенно новые, искусственные гены. Как бы невероятно это ни выглядело, данная технология уже приносит плоды у кур, если можно так выразиться. «Если вам многое известно о птичьем гриппе, то вы можете разработать новые способы борьбы с ним», – пояснила Хелен. Генетики уже активно исследуют данную возможность и создают с нуля искусственные гены, спроектированные особым образом, чтобы нарушить процесс репликации вируса. В частности, один из наиболее многообещающих генов заставляет клетки организма курицы производить крошечную молекулу РНК, досаждающую вирусу, однако эксперименты, проведенные Хелен, показали, что это не дает абсолютной устойчивости к заболеванию, а значит, предстоит еще долгая работа в лаборатории, прежде чем появятся генетически модифицированные, устойчивые к гриппу куры. Однако после посещения Рослинского института смею вас заверить, что работа в данном направлении идет активно и результат уже не за горами.

Изучение возможностей генной инженерии для получения таких важных биологических характеристик, как сопротивляемость заболеваниям, может способствовать признанию обществом технологий генетической модификации домашних животных и культурных растений. Хелен высказала предположение о том, что сам метод CRISPR поможет успокоить некоторые страхи. Точность данного инструмента дает возможность вставить ген в такой участок ДНК, что он не вызовет нарушений в работе клетки (такие места генетики называют «надежные гавани»), при этом максимально увеличив вероятность прочтения, или экспрессии, вставленного гена. При традиционном способе модификации с использованием вирусного вектора невозможно предсказать, где будет встроен ген, хотя, конечно, это становится понятно после его внедрения. Зато технология CRISPR обеспечивает точное размещение гена в нужном участке ДНК.

Хелен много говорила о восприятии генно-модифицированных организмов в обществе. Она убеждена, что в этом вопросе инициативу перехватили определенные группы лоббистов, имеющие свои интересы, и что широкая общественность даже не имеет возможности выбора: признавать новую технологию или нет. «Сейчас ГМО нельзя выбрать. Вы не можете пойти в супермаркет и купить генетически модифицированную курицу. Генетически модифицированные продукты не продаются. Странно, что данная технология полностью исключена на рынке, вместо того чтобы дать людям самим сделать выбор».

Хелен призналась, что, когда она только начала работать в этой области науки и рассказывала людям, чем она занимается, реакция в основном была положительная. «Мне говорили, что это очень здорово, что это отличная идея. Но как только речь заходит о еде, ту же самую идею все готовы предать анафеме!» Я поинтересовалась, не думает ли Хелен, что все началось в 1980-х годах с неудачной попытки биотехнологической корпорации Monsanto ввести, несмотря на возражения некоторых, генно-модифицированную сою в Европе, и Хелен согласилась с тем, что это событие сыграло важную роль. Каким-то образом дискуссия о генетически модифицированных продуктах стала неразрывно связана с опасениями относительно доминирующей роли крупных транснациональных компаний. Хелен поддерживает эти опасения. «Меня как члена организации “Друзья Земли” беспокоят многие проблемы, в частности происхождение продуктов питания, – заявила, к моему удивлению, Хелен, – но я считаю, что неправильно сосредоточивать все внимание на генетической модификации. Эта технология может быть очень полезна для нас. И нужно найти способ воплотить ее полезный потенциал, а также дать людям возможность самим сделать выбор. Сегодня понятие «генетическая модификация» прочно ассоциируется с агрессивным крупным бизнесом, хотя на самом деле это такая же технология, как другие».

Помимо того что объединение ГМО и крупного бизнеса в нашем сознании мешает понять, как на самом деле общество относится к технологии генной инженерии, по мнению Хелен, такая ситуация отвлекает наше внимание от реальных проблем, связанных с будущим производства продовольствия. «Все меньшее число очень крупных компаний контролируют процесс производства продуктов питания. И это не научная, а политическая и экономическая проблема, – поделилась Хелен. – Найти решение не так просто. Ведь нужно признать, что современная промышленность очень эффективна. Нам нужно кормить растущее население Земли. Но также важно обсуждать многие деликатные вопросы: как продолжать использовать эффективные методы, не разрушая окружающую среду и возвращая финансовую прибыль обществу?» В определенной степени опасения, связанные с ГМО и, как следствие, чрезвычайно жесткие ограничения по применению генетической модификации только усугубляют проблему. Расходы на обеспечение соответствия требованиям регуляторов настолько высоки, что становятся серьезным сдерживающим фактором. Только крупные транснациональные корпорации могут позволить себе инвестировать в создание ГМО, в результате инновации оказываются ограничены и концентрируются в руках небольшого числа крупных компаний.

Я задала Хелен еще один сложный вопрос: что, по ее мнению, произойдет в течение следующего десятилетия? Может ли измениться наше отношение к ГМО? Хелен ответила положительно. У молодых людей идея генетической модификации определенно не вызывает сильного отторжения. «Но при этом в США сейчас наблюдается обратное движение», – отметила Хелен. Действительно, в некоторых американских штатах были сделаны попытки ввести более строгие правила по размещению информации на этикетках продуктов с ГМО – невиданная прежде мера. Идея отмечать продукты как «генетически модифицированные» сама по себе странная, особенно если в эту категорию собираются включать только те, что получены в результате модификаций с использованием ферментов, исключая модификации, вызванные облучением организмов. Употребление продуктов с ГМО не представляет опасности для здоровья человека, пусть некоторым и не по душе метод их производства. Более того, в чем смысл этикетки «ГМО»? Чтобы быть хоть немного полезной, она должна содержать как минимум описание генетической модификации и ее возможных последствий. «Но, с другой стороны, если потребители хотят знать, они имеют на это право, – признает Хелен. – Здесь нет простого решения».

Мы поговорили и о «золотом рисе» – генетически модифицированном сорте риса с повышенным содержанием витамина А, восполняющем нехватку питательных веществ, – который вызвал такую неоднозначную реакцию общественности. Некоторые видят в этом исследовании настоящий филантропический проект и верят, что новый продукт действительно поможет снизить дефицит витамина А, особенно в ряде беднейших стран мира. Другие же воспринимают это как простую рекламу, в которую вложилась индустрия генной инженерии, чтобы затем использовать ее как средство убеждения – вот оно, настоящее лицо ГМО, и это только первый шаг их далеко идущих планов. Абсолютно оправданным представляется недоверие к мотивации крупных компаний, которые пытаются увеличить объемы потребления производимых ими гербицидов за счет продажи генетически модифицированных культур. Но, пожалуй, стоит больше доверять тем, кто стремится помочь бедным фермерам и населению, например с помощью Bt-баклажана, устойчивого к заболеваниям, созданного полностью на некоммерческой основе. «Если мы хотим видеть эффективное и устойчивое производство продуктов питания, то не должны отвергать новые технологии, которые помогают добиться этой цели», – подвела итог Хелен.

Пожалуй, в данном случае слишком просто играть роль циничного критика. Очень жаль, что новая технология не была разработана сначала университетами и некоммерческими организациями. Я уверена, что тогда не было бы такой негативной реакции и такого падения доверия. Но репутация технологии генетической модификации уже запятнана из-за связей с крупным бизнесом и его сомнительными целями. Теперь трудно отделаться от этого восприятия, даже несмотря на то что исследования теперь проводятся в исследовательских институтах при университетах с государственным финансированием.

Майк Макгру из Рослинского института убежден, что наилучшее применение технологии редактирования генов, если она когда-нибудь сможет выйти за пределы лабораторий в реальный мир, связано с возможностью повысить устойчивость сельскохозяйственных животных к заболеваниям, особенно в развивающихся странах. «Мы работали с Фондом Билла Гейтса в Африке, – поведал мне Майк с нескрываемой гордостью. – Любой способ повысить выживаемость и улучшить здоровье кур, которых разводят для производства и которые откладывают яйца в далеких от идеальных климатических условиях, принесет человечеству огромную пользу». Но Майка интересует не только возможность применения новой технологии для совершенствования коммерческого птицеводства, особенно в Африке, но и ее возможное использование в популяциях птиц в дикой природе.

«Важнее всего, по-моему, сохранение биоразнообразия. Возьмите, к примеру, гавайскую цветочницу. Человек привез на Гавайские острова птичью малярию, против которой у этой птицы нет иммунитета, поскольку она никогда не сталкивалась с таким заболеванием». Все птицы, обитавшие на небольшой высоте, погибли. Остались лишь те, которые живут высоко в горах, где малярийные комары не выдерживают холода. Однако сегодня, в связи с глобальным потеплением и ростом температур, комары стали залетать и высоко в горы, и цветочницы снова оказались под угрозой исчезновения. «Представьте теперь, что мы бы знали, какие гены отвечают за устойчивость к птичьей малярии, – мечтал Майк. – Можно ли было бы отловить диких птиц, отредактировать их гены, а затем выпустить на волю? Тогда бы у них развился иммунитет к заболеванию и число цветочниц увеличилось бы в разы. Только представьте себе такое!»

Майку понятна неприязнь общества к ГМО, когда речь идет о продуктах питания в развитых странах. «С другой стороны, если бы можно было сделать что-то полезное для всего человечества, для планеты – а у этой технологии множество различных применений, – тогда, мне кажется, люди начали бы воспринимать такую технологию с одобрением». В голосе Майка звучал настоящий энтузиазм, но ни капли самодовольства. «Нужно просвещать людей, – заявил он. – Я говорю не о ложных новостях в интернете и в газетах. Многие полагают, что ДНК – это сама суть, душа животного, а мы эту душу меняем. Но как только станет ясно, что такое ДНК на самом деле и в чем заключается технология генетической модификации, то люди перестанут бояться». И тем не менее слабо верится в то, что первые генетически модифицированные цыплята появятся в индустрии бройлеров. Коммерческие компании слишком внимательно прислушиваются к мнению лоббистов. Американское Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов рьяно взялось за маркировку любых генетических модификаций – даже изменений единственной пары нуклеотидов – теперь все они подчиняются тем же жестким требованиям, что и новые лекарства, поэтому вряд ли данная технология получит серьезное развитие в США. Так где же, с точки зрения Майка, генетически модифицированные куры впервые будут включены в пищевую цепочку человека? «В Китае, – заявил Майк. – В этом я не сомневаюсь. У них ведутся масштабные исследования в области генетики. И широко распространен птичий грипп». Будь во мне азарт спорщицы, я бы тоже поставила на Китай. Я убеждена, что предположение Майка подтвердится. Может, и не в 2018 году, но очень, очень скоро.

 

Что было вначале?

Мы можем только догадываться, где именно впервые в продаже появятся генетически модифицированные цыплята, геном которых подвергся прямому редактированию. Тем не менее уже несколько веков человек осуществляет опосредованное вмешательство в геном курицы – но когда и где все это началось? Ответив на этот вопрос, мы решим дилемму, которая оказалась не под силу самым выдающимся философам человечества. Это загадка, способная запутать любого и заставить его кружить бесконечно по лабиринту размышлений, неизбежно приводящих думающего к сумасшествию.

 

Что было вначале – яйцо или курица?

И вот вам разгадка. Специалисты по эволюционной биологии нашли ответ на этот мучительный вопрос. Ведь до появления домашней курицы была дикая джунглевая курица, которая тоже откладывала яйца. То же самое делали и ее предки, жившие еще во времена динозавров, и даже раньше того. Поэтому, несомненно, яйцо появилось первым.

Но даже решив эту многовековую загадку, мы все еще не знаем, откуда именно произошли куры. В 1990-х годах ученые были убеждены в том, что у всех кур единый источник происхождения, а именно – единый предок, банкивская джунглевая курица (как и предполагал Дарвин, который снова оказался прав), одомашнили которую в определенном районе на юге или юго-востоке Азии. Генетическое разнообразие современных нам кур наиболее высоко именно в этом регионе, в то время как в Китае, Европе и Африке оно значительно ниже. Некоторые исследователи указывают более точные обстоятельства рождения этой домашней птицы – долина реки Инд, около 4500–4000 лет назад (2500–2000 годы до н.э.), в бронзовом веке. Упоминания «птицы из Мелуххи» на дощечках с клинописью, найденных в Месопотамии и датируемых 2000 годом до н.э., могут как раз являться упоминаниями курицы; само название «Мелухха» предположительно употреблялось в древности по отношению к долине Инда. Несмотря на это, некоторые ученые все же полагают, что родина домашней курицы находилась дальше на востоке. Сегодня несколько отдельных подвидов банкивской джунглевой курицы еще обитают в лесах, протянувшихся через Южную и Юго-Восточную Азию, от Индии, Шри-Ланки и Бангладеш до Таиланда, Мьянмы, Вьетнама, Индонезии и юга Китая.

Знакомая история, не правда ли? Мы уже можем предсказать ее продолжение. В результате более обширных генетических исследований появилась информация, заставившая переписать теорию происхождения курицы: теперь речь идет о нескольких географических центрах происхождения, расположенных в Южной и Юго-Восточной Азии. Но существование нескольких центров одомашнивания не противоречит утверждению о едином источнике происхождения – возможно, представляющем собой относительно обширную территорию – с последующим распространением и активным скрещиванием с дикими видами. В геномах современных пород домашних кур содержатся участки ДНК древних предков, полученные в результате скрещивания с близкородственными пернатыми, включая другие подвиды банкивской джунглевой курицы, а также с другими видами, такими как серая джунглевая курица и цейлонская джунглевая курица.

Стройную систему нарушил опубликованный в 2014 году фрагмент исследования китайских генетиков. Они выдвинули удивительное предположение, заявив, что кур одомашнили 8000 лет назад на Великой Китайской равнине. Эта гипотеза противоречила результатам предыдущих исследований происхождения кур – полетели пух и перья! Большинство ученых были настроены скептически, и тому было несколько причин. Во-первых, 10 000 лет назад климат Великой Китайской равнины был малоподходящим для обитания тропической джунглевой курицы, общепризнанного предка домашней курицы. Во-вторых, идентификация костных останков, найденных в археологических памятниках на территории равнины, вызывала сомнения. Некоторые кости, приписываемые курам, могли быть останками фазанов. Еще одна группа костей была определена совершенно ошибочно: останки не принадлежали ни одному из видов птиц – это были собачьи кости. Таким образом, эта невероятная на первый взгляд теория оказалась абсолютно не подкреплена настолько же невероятными, но неопровержимыми доказательствами. В результате роль родины домашних кур осталась за Южной и Юго-Восточной Азией. Именно оттуда куры отправились покорять мир.

 

Тихоокеанские куры

За тысячу миль от родины домашних кур эти пернатые оказались втянуты в спор о колонизации Северной и Южной Америк человеком. Предпосылка здесь следующая: раз история кур так тесно связана с историей человеческой цивилизации, то, проникнув в события жизни далеких предков этих домашних птиц, мы сможем пролить свет на историю самих людей. Восстановление путей миграции человека, которые привели к колонизации островов Тихого океана, оказалось непростой задачей. Тихоокеанские острова были заселены сравнительно недавно, в течение последних 3500 лет, однако многочисленные волны переселенцев сделали след очень запутанным. Обнаружить свидетельства древних путешествий так же трудно, как найти следы в песке. Представьте, что летним вечером вы стоите на популярном британском пляже; последние семьи отдыхающих уже складывают зонтики, полотенца, ведерки с лопатками и собираются домой. Если начертить на песке все следы, оставленные за день посетителями пляжа, смогли бы вы понять, что происходило здесь в течение дня? Определили бы, сколько человек здесь побывало, с какой стороны они пришли на пляж, когда примерно они здесь появились? Это почти непосильная задача.

Восстанавливать ход древних миграций людей еще сложнее. Несмотря на это, с помощью данных археологии и генетики цель представляется достижимой. Ведь люди прибыли на далекие острова Океании не в одиночку, они привезли с собой многие виды живых существ: некоторые намеренно, другие – менее осознанно, но все они могут предоставить нам информацию. Генетики предприняли попытку проследить за тем, как человек заселил острова, разбросанные в Тихом океане, раскрывая молекулярные тайны, которые хранят такие разные виды, как бутылочная тыква, батат, свиньи, собаки, крысы – и куры.

Острова Ближней Океании, в юго-западной части Тихого океана, человек колонизировал в период плейстоцена, около 30 000 лет назад. Однако Дальняя Океания, включая группы островов, также известные как Микронезия и Полинезия , оставалась незаселенной до самого неолита. Именно тогда произошло последнее переселение человека на полностью необитаемые земли. Согласно предположениям археологов и лингвистов, колонизация происходила в два этапа: первый этап начался около 3500 лет назад, на острова приехали земледельцы с этой волной миграции связано появление характерной керамики и культуры Лапита; а около 2000 лет назад прибыла вторая волна переселенцев. Однако куры не вписывались в эту двухэтапную модель. Изучив митохондриальную ДНК современных и древних кур, генетики обнаружили четко различимую генетическую «подпись», которая свидетельствует о единовременном доисторическом появлении домашних кур на островах Полинезии. Картина предельно ясна: была линия кур-«прародителей», от которой произошли все остальные, присутствующие на тихоокеанских островах. Построенные на основе анализа митохондриальной ДНК родословные кур, обитавших на территории, протянувшейся от архипелага Соломоновы острова и островов Санта-Крус на западе до островов государства Вануату (Новые Гебриды) и Маркизских островов на востоке, указывают на то, что этот вид был завезен сюда доисторическими земледельцами, прибывшими на острова в Тихом океане вместе с домашней птицей. В течение некоторого времени исследования переселения людей давали основание предполагать, что имела место лишь одна волна миграции, но недавний анализ геномов древних обитателей островов предоставил новые доказательства справедливости двухэтапной модели переселения, составленной на основе распределения материальной культуры и языков среди островов Полинезии. Получается, куры снова водили людей за нос – далеко не в первый раз.

В течение некоторого времени представлялось, что волна переселения земледельцев – с домашними курами – на восток могла достичь противоположного берега Тихого океана. На наличие такой связи указывало присутствие определенного типа митохондриальной ДНК как у кур с Рапануи (остров Пасхи) и из Южной Америки. Это было любопытное и противоречивое открытие, поскольку оно давало основание предположить, что задолго до Колумба островитяне из Тихого океана встречались с жителями Северной и Южной Америк. Однако новейшие исследования, в рамках которых были проведены тщательные проверки, исключающие возможность загрязнения образцов, не подтвердили прежнюю гипотезу. Оказалось, что ДНК кур с Рапануи и из Южной Америки значительно отличаются друг от друга. В частности, последние являются потомками европейских кур, что поддерживает теорию (гораздо менее противоречивую) о том, что эта домашняя птица была завезена из Старого Света в Новый после Великих географических открытий. Тем не менее это утверждение не означает, что ранний контакт между жителями островов Тихого океана и Южной Америки невозможен, в конце концов, батат попал на острова Полинезии из Южной Америки задолго до того, как европейцы открыли Новый Свет. Более того, в геноме современных обитателей острова Пасхи были найдены следы смешения с американскими индейцами в период с 1280 по 1405 год, тогда как нога европейца не ступала на остров Пасхи до 1722 года. Однако все доказательства ограничиваются косвенными уликами: для подтверждения этой гипотезы свидетельства скрещивания необходимо найти в ДНК останков доколумбовой эпохи либо из Северной или Южной Америки, либо из Полинезии. А этого пока сделать не удается.

Генетика предоставляет важный набор данных, дополняющий и уточняющий информацию, которую мы получаем из археологических, лингвистических и исторических источников, но не отвергающий ее. Каждый источник знаний позволяет нам представить древность под определенным углом. Но когда мы рассматриваем доисторические времена с такой точки зрения, смотрим на прошлое через широкоугольный объектив, то часто мы забываем, что речь идет о таких же людях, как мы с вами, о тех же животных и растениях, что существуют сейчас. Это не просто виды, а индивидуальности. Наука имеет огромный потенциал – она способна находить ответы на наши вопросы, но иногда я остро чувствую холодность ее абстрактного подхода. Конечно, именно посредством научных изысканий мы накапливаем знания, но, возможно, порой мы теряем из виду личное, сокровенное, теряем ощущение момента.

Что касается истории человечества – можно представить, как древние земледельцы путешествуют по Тихому океану и поселяются на островах бок о бок с охотниками-собирателями. Несомненно, они обмениваются друг с другом знаниями. Так, охотники-собиратели рассказывают о местных растениях и животных: где их можно найти, какие можно употреблять в пищу. Земледельцы тоже делятся ценными сведениями – и продуктами своего домашнего хозяйства. Вероятно, отношения их не всегда были настолько дружелюбными, но постепенно охотники-собиратели перенимали образ жизни земледельцев, начинали возделывать некоторые культуры и разводить животных. Со временем, возможно несознательно, они стали участниками неолитической революции.

 

Ранние пташки Запада

Расселение людей, распространение домашнего скота, а также распространение знаний – основные события, характеризующие начало неолита в Европе. Но куры остались в стороне от этих событий, поскольку эта птица была одомашнена слишком поздно. К моменту появления в Европе домашних кур уже забрезжил бронзовый век. К 2000 году до н.э. куры добрались из долины Инда до Ирана. С Ближнего Востока они могли распространиться далее по побережью в Грецию и оттуда через Эгейское море – в Италию. К началу бронзового века уже была хорошо развита морская торговля – тогда миром правили микенские, минойские и финикийские мореплаватели. Все Средиземное море бороздили торговые суда, нагруженные товаром. Также существует возможность распространения кур с Ближнего Востока на север, через скифские степи и далее на запад, в Центральную Европу. Кроме того, можно предположить, что некоторые породы этой домашней птицы стартовали еще восточнее: из Китая по северному пути и через юг России они проникли в Европу.

Отдельные исследователи предполагали, что различия между курами с севера и с юга Европы как раз отражают эти два пути интродукции домашнего вида. Но не стоит забывать, что история этой домашней птицы чрезвычайно запутанна и тесно связана с историей человечества. Именно поэтому так трудно проследить первые случаи появления кур в Европе. С момента прибытия пернатых первопроходцев куры подвергались естественному и искусственному отбору, их поголовья вымирали от заболеваний и замещались новыми, отдельных птиц завозили из дальних регионов. В конце XIX века селекционеры отбирали особей кур, стремясь вывести конкретные признаки, и создавали гибридов, все более усложняя генетическую историю европейских кур. Несмотря ни на что, распутать этот клубок все еще возможно – ведь история сохранилась, она записана в ДНК живущих сегодня птиц.

Обширное исследование кур из Нидерландов – включая шестнадцать декоративных пород, а также коммерческие породы – дало удивительные результаты. Оказалось, что митохондриальные ДНК большинства обследованных кур образуют кластер с митохондриальными ДНК их собратьев с Ближнего Востока и из Индии. Именно Индийский субконтинент, вероятно, является географической родиной данного кластера материнских митохондриальных ДНК. Однако у ряда пород митохондриальная ДНК более соответствовала ДНК кур с Дальнего Востока – из Китая и Японии. Вторая группа включала в себя три голландские декоративные породы: Лакенфельдер, мохноногая бентамка и Бреда, – а также коммерческие породы кур-несушек из США. Очень соблазнительна мысль о том, что гены дальневосточных кур в митохондриальных ДНК этих пород указывают на то, что первые куры попали в Европу северным путем. Тем не менее данная группа восточных пород, которые даже не считаются близкородственными, скорее всего, возникла в родословной кур сравнительно недавно. Вероятно, эти случайные следы восточноазиатских предков появились не так давно и не относятся к первой волне прибытия кур в Европу в бронзовом веке; они, по всей видимости, связаны с экзотическими птицами, завезенными селекционерами значительно позже, в XIX веке. До настоящего момента генетические исследования так и не подтвердили теорию о северном пути миграции кур в Европу. Основной поток пернатых переселенцев проходил через побережье Средиземного моря.

Первое свидетельство существования кур в Британии относится к концу 1-го тысячелетия до н.э., к железному веку, однако популярностью в этой северо-западной части Европы куры обязаны римлянам. Именно эти пернатые лучше всего представлены в романо-британских археологических памятниках. И все-таки имеющиеся доказательства очень малочисленны, в особенности по сравнению с костными останками млекопитающих: свиней, овец и крупного рогатого скота. Кости птиц достаточно хрупкие, и хищники легко раскалывают их на мелкие кусочки, поэтому даже удивительно, что вообще нашлись какие бы то ни было останки. В деревенских поселениях, вдали от центров власти и римского влияния, следов обитания кур очень мало. Однако они встречаются в большем количестве при археологических раскопках мест, которые затронула романизация: в городах, виллах и укреплениях. Учитывая незначительную вероятность сохранения куриных костей, такие останки указывают, что куры – и куриные яйца – служили важным продуктом питания в Римской Британии, по крайней мере, для высших слоев общества. По всей видимости, разведение домашних кур практиковалось и в более северных районах, за пределами территории римского влияния. На острове Саут-Уист, Внешние Гебриды, было найдено небольшое количество куриных костных останков, датируемых железным веком, хотя более многочисленные свидетельства распространения этой домашней птицы, не испугавшейся холодного климата Гебрид, появляются только в более позднюю эпоху викингов.

Конечно, соблазнительно предположить, что, раз находят останки домашних кур, значит, люди употребляли в пищу куриное мясо и яйца, однако не стоит торопиться с выводами. Например, существует теория о том, что первоначальное распространение на Ближнем Востоке, а затем и в Европе куры получили не благодаря мясу и яйцам, а их участию в петушиных боях. Изображения дерущихся петухов появляются на печатях и керамике из Египта, Палестины и Израиля, датируемых VII веком до н.э. Этот вид спорта был популярен в Древней Греции и, по всей видимости, был унаследован и Римской империей. В археологических коллекциях куриных костей из голландского Велзена, а также из Йорка, Дорчестера и Силчестера в Великобритании удивительно высока доля петушиных останков. Более того, в Силчестере и Бэлдоке были найдены искусственные петушиные шпоры, однако существует предположение, что бритты увлекались петушиными боями еще до прихода римлян. Юлий Цезарь в «Записках о Галльской войне» упоминает о том, что у бриттов «есть… кур… считается грехом, однако их держат для забавы».

Предположение о том, что распространение кур в Европе могло быть вызвано чем-либо другим, кроме потребления их мяса, подтверждается еще несколькими группами данных. Прежде всего, в период Средневековья куры были относительно небольших размеров, что может указывать на то, что разводили их не для мяса. Вероятно, курочек держали для яиц, а петухов – для боев. Есть этому и письменные подтверждения: гусь и фазан значительно чаще появлялись в средневековых меню, чем их популярные сегодня собратья.

Домашние куры полностью преобразились в ХХ веке, благодаря систематической селекции, мощный старт которой дал конкурс «Курица завтрашнего дня». Но и до данного события домашние несушки уже начали прибавлять в весе и становились все менее похожи на своего предка – банкивскую джунглевую курицу. Всего за последние несколько лет ученым удалось определить конкретные участки генома, которые подверглись изменениям и, по всей видимости, связаны с увеличением размеров птиц. Помимо этого, исследователи установили, когда именно произошли эти модификации. Изучение современных кур со всей планеты показало, что у всех представителей вида имеются две копии определенного варианта гена, связанного с регуляцией метаболизма. Данный ген кодирует белок-рецептор ТТГ (тиреотропного гормона). Именно эта версия гена, которой обладают все современные куры, и делает их упитанными. Вероятно, данный вариант гена также был связан с первоначальным одомашниванием кур – он имеет такое же значение, как более крупные зерна культурных пшеницы или кукурузы. Несмотря на это предположение, этот ген в ДНК кур появился лишь тысячу лет назад. В Средние века он неожиданно получил большое распространение, и тогда появился у всего куриного поголовья.

Такое внезапное распространение гена, отвечающего за упитанность, совпадает с таким же резким и значительным увеличением числа куриных костей в европейских археологических памятниках X века, с 5 % примерно до 15 % всех животных останков. По всей вероятности, эти события связаны с религиозными и культурными изменениями в жизни Европы – в частности, с Клюнийской реформой, – результатом которых стал запрет на употребление в пищу мяса четвероногих животных в период поста – а пост мог занимать до трети года, – при этом можно было есть двуногих существ, а также яйца и рыбу. Тогда вдруг проснулся интерес к более упитанной птице, и в дело вступила магия искусственного отбора, которая и привела к распространению определенного варианта гена, отвечающего за метаболизм, среди европейских кур. Свою роль сыграла, вероятно, и урбанизация: несмотря на то что горожане сильно зависели от деревенской сельскохозяйственной продукции, они также могли держать некоторых животных, например коз, свиней и кур, у себя на заднем дворе.

Помимо метаболизма, гормоны оказывают влияние на поведение животных; они ответственны и за чрезвычайно важную особенность поведения домашних кур, а именно – за полное отсутствие материнского инстинкта. На первый взгляд такая черта должна помешать выживанию вида, и в дикой природе так оно, несомненно, и было бы. У курицы, бросающей только что отложенные яйца, было бы мало шансов передать свои гены следующему поколению, но именно это и важно для человека в домашней курице. Наседка, упорно высиживающая яйца и не откладывающая новые, никогда не станет лучшей несушкой. Так, предок домашней курицы, банкивская джунглевая курица, откладывает менее десяти яиц в год, а лучшие современные куры-несушки – до 300 яиц. Это возможно исключительно благодаря тому, что у домашних кур инстинкт высиживания яиц со временем пропал. Первые предпосылки возникли после появления искусственных инкубаторов. Самые первые подобные приспособления были изобретены еще в Древнем Египте. Но генетические изменения, связанные с исчезновением материнского инстинкта у домашних кур, по-видимому, произошли совсем недавно. Потеря инстинкта насиживания сравнима с появлением неосыпающихся колосьев у пшеницы и початков у кукурузы: черта, несовместимая с жизнью в дикой природе, но очень полезная для культурных видов.

Ученых заинтересовали генетические основы такого изменения поведения. Они сравнили геномы двух пород кур, значительно отличающихся по степени выраженности материнского инстинкта: белых леггорнов, известных своей поразительной яйценоскостью и отсутствием инстинкта насиживания и шелковых кур, которые самостоятельно высиживают яйца. Исследователи обнаружили два участка генома, крайне отличающиеся у двух пород, один из них – в пятой хромосоме, другой – в восьмой. Оба этих участка оказались опять же связаны с регуляцией секреции тиреоидных гормонов, а в пятой хромосоме находится ген рецептора ТТГ. Тысячу лет назад определенные изменения в этом гене распространились в популяции домашних кур, и сегодня присутствуют и у несушек, которых разводят для производства яиц, и у бройлеров, разводимых на мясо. Однако другие изменения в гене рецептора ТТГ могли произойти позднее, что объясняет разницу между поведением несушек и материнским инстинктом современных пород белых леггорнов и шелковых кур соответственно. По всей видимости, модификация системы регуляции секреции тиреоидных гормонов у кур помогла убить двух зайцев – точнее, птиц, – иными словами, одно изменение на генетическом уровне привело к изменению двух фенотипических признаков. Это еще один пример того, как отбор по одному признаку может влиять и на другие – так и этот ген оказывает влияние и на упитанность, и на инстинкт насиживания у домашних кур.

Эти относительно недавние изменения в геноме, строении и поведении домашней птицы еще раз подчеркивают: одомашнивание – это не отдельное конкретное событие, а непрерывный процесс. В таком случае развитие технологии редактирования генов стоит рассматривать как возможность добиваться появления полезных признаков еще быстрее, чем это делалось в Х веке, по указу папы римского.